[发明专利]红外非线性光学粉末及单晶体硒锗镓铅

说明书

红外非线性光学粉末及单晶体硒锗镓铅的合成及应用。硒锗镓铅（分子式：PbGa₂GeSe₆），分子量为893.01，属正交晶系，空间群Fdd2，单胞参数为α=β=γ=90°，Z=16。采用密封真空石英管及石墨坩埚高温反应法制备。硒锗镓铅具有优良的红外非线性光学性能，具有较宽的红外透过范围，实验测定其粉末（粒度25‑45μm）SHG强度约为相应粒度AgGaS₂的12倍，且满足I型相位匹配，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于红外非线性光学晶体材料及其制备。

背景技术

中远红外非线性光学材料，在国民经济和军事方面有巨大的广泛用途，如激光器件、红外波段激光倍频、远程传感、红外激光通讯、红外激光制导、光电对抗等。

目前，3～25μm固态中、远红外波段激光的产生主要是基于非线性光学原理及红外非线性光学晶体变频技术。现成熟的红外非线性光学晶体主要有AgGaS₂，AgGaSe₂，ZnGeP₂等。这些晶体都已在民用高科技领域和军事装备中起到关键性的作用，但是目前的这些晶体在综合性能上还不能达到人们理想的水平，如激光损伤阈值较低，双光子吸收等。随着技术的不断发展与进步，对红外非线性晶体的要求也在不断提高，因此，对于新型红外非线性晶体的探索，在民用高科技产业和提升军事装备都具有重要的战略意义。

发明内容

本发明的目的之一在于制备硒锗镓铅单晶。

本发明的目的之二在于制备硒锗镓铅粉末。

本发明制备的硒锗镓铅粉末及单晶体，其化学式为PbGa₂GeSe₆，分子量为893.01，属正交晶系，空间群Fdd2，单胞参数为α=β=γ=90°，Z=16。该晶体结构中，镓原子与硒原子形成四面体[GaSe₄]，通过共顶点连接成一维链状，[Ga/Ge]共同占据位点也与硒原子构成[Ga/GeSe₄]四面体，三个[Ga/GeSe₄]四面体形成类三恶烷次级结构单元，次级结构单元形成锯齿形连结构。最后，这两种连结构相互垂直连接，形成三维框架结构，Pb原子填于空洞中，并维持电荷平衡。

粉末红外倍频实验表明，硒锗镓铅具有优良的红外非线性光学性能，在2.05μm激光照射下，有很强的1.025μm倍频光输出，其粉末（粒度25-45μm）SHG强度约为相应粒度AgGaS₂的12倍。

硒锗镓铅作为一种极性晶体材料，预期在激光器件、红外激光通讯、红外波段激光倍频等高科技领域中，具有重要的应用价值。

附图说明：

图1.硒锗镓铅晶体的沿b轴方向的结构图；详细结构如上文描述。

图2.硒锗镓铅的纯相粉末图；实验值与理论值吻合较好，说明得到的粉末样品为纯相。

图3.硒锗镓铅SHG强度比较图，在实验测定其粉末（粒度25-45μm）SHG强度约为相应粒度AgGaS₂的12倍。

图4.硒锗镓铅相位匹配图；从图中可以看出，硒锗镓铅满足I类相位匹配。

具体实施方式

实施例1所述单晶体的制备步骤如下：

按Pb:Ga:Ge:Se元素摩尔比为1:2:1:6，称取Pb，Ga，Ge与Se混合，放入石墨坩埚，再装入石英管中，抽真空后封口，置于高温炉中于500℃反应数小时，再于800℃恒温数十小时，最后缓慢降至室温，获得较多深红色块状晶体。通过单晶X射线衍射分析，表明该化合物为硒锗镓铅，晶体参数如上所述，结构如附图1所示。

实施例2所述多晶粉末制备步骤如下：

按PbSe:Ga₂Se₃:Ge:Se摩尔比为1:1:1:2，称取PbSe，Ga₂Se₃，Ge与Se混合均匀，放入石墨坩埚，再装入石英管中，抽真空后封口，置于高温炉中于600℃恒温数十小时，再缓慢降至室温，获得红色多晶粉末。